JP6173729B2 - 電池の製造方法 - Google Patents
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Description
正極は、正極集電体と、集電体の表面の一部に形成された正極活物質含有層とを備えることができる。
負極は、負極集電体と、負極集電体の表面の一部に形成された負極活物質含有層とを備えることができる。
セパレータは、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、またはポリフッ化ビニリデン(PVdF)を含む多孔質フィルム、または、合成樹脂製不織布から形成されてよい。中でも、ポリエチレン又はポリプロピレンから形成された多孔質フィルムは、一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能であるため、安全性を向上できる。
電解液としては、例えば、非水電解質を用いることができる。
容器としては、図1及び図2を参照しながら説明した電池10が具備する容器1のように、金属製容器を用いることができる。
電極群は、正極活物質と負極活物質とがセパレータを介して向き合っている構造であれば、如何なる構造を採用することもできる。
以下に例を挙げ、本発明を更に詳しく説明するが、発明の主旨を超えない限り本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものでない。
実施例1では、以下の手順で、図1及び図2に示した電池10と同様の電池10を作製した。
電極群3を、以下の手順で作製した。
<正極の作製>
正極活物質として、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2とLiCoO2とを7:3で混合した正極活物質混合物を用意した。この正極活物質混合物と、カーボンブラックと、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、質量比100:5:5で混合して、これらをN−メチルピロリドンに加えてスラリーとした。このようにして得られたスラリーを、集電体としてのアルミニウム箔の両面に、スラリー未塗布部を残して塗布した。正極の塗布量は100g/m2とした。
負極活物質として、スピネル型チタン酸リチウムLi4Ti5O12を用いた。このスピネル型チタン酸リチウムと、グラファイトと、PVdFとを質量比100:5:5で混合して、これらをN−メチルピロリドンに加えてスラリーとした。このようにして得られたスラリーを、集電体としてのアルミニウム箔の両面に、スラリー未塗布部を残して塗布した。負極の塗布量は100g/m2とした。
セパレータにはポリエチレン製の30μm厚のセパレータを用いた。
以上のようにして作製した40枚の正極及び40枚の負極を、間にセパレータを介して正極活物質含有層と負極活物質含有層とが互いに向き合うように、順に積層した。この積層は、40枚の正極集電タブ31が積層体から延出して重なり合うように且つ40枚の負極集電タブ32が積層体から延出して重なり合うように行った。
次に、以下のようにして、電極群3と中間リード4とを接続した。
まず、アルミニウム製の2つの中間リード4を準備した。
2つの第1のリード接合部4b:長辺:5mm;短辺:3mm;
2つの脚部4c:長辺:5mm;短辺:3mm。
実施例1では、電極群接合部4aの主面の長辺の長さWを、電極群接合部4aの幅とした。
一方、以下のようにして、蓋体2と端子リード5とを接続した。
まず、封口板21を準備した。封口板21は、安全弁22が設けられていた。安全弁22は、封口板21に設けられた矩形の凹部の底面に設けられた溝部23からなる。安全弁22は、この溝部23が1MPaの圧力がかかると開裂するように設計されていた。
次に、中間リード4の第1のリード接合部4bを端子リード5の第2のリード接合部5bにレーザー溶接して、中間リード4と端子リード5とを接続した。中間リード4の電極群接合部4aの端子リード5に対向する主面と端子リード5の第2のリード接合部5bの中間リード4に対向する主面との間の距離lは、1mmであった。また、中間リード4の電極群接合部4aの端子リード5に対向する主面と端子リード5の第2のリード接合部5bの中間リード4に対向する主面との間の距離lの、中間リード4の電極群接合部4aの幅Wに対する比は、0.05であった。
上記ユニットを、開口部を有する容器1に収納した。その後、容器1の開口部の周縁部と蓋本体21の周縁部とを溶接した。かくして、容器1内に、電極群3が収納された。
電極群3を収納した後、封口板21、一方の内部絶縁材29及び一方の端子リード5の蓋接合部5aを貫く注液口を介して、非水電解液を容器1内に注液した。非水電解液としては、PC及びMECを1:2の体積比で混合した非水溶媒に、電解質であるLiPF6を1.5mol/Lの濃度で溶解させたものを用いた。
非水電解液注入後、注液口21aを封止蓋で封止することによって、電池10の組み立てを完了した。
上記のように組み立てた電池10に、初充電として、0.1Aおよび2.7Vまで10時間の定電流定電圧(CCCV)充電を施した。
中間リード4の電極群接合部の超音波接合する部分の幅は変えず、中間リード4の電極群接合部4aの幅Wを表2に示すように変更したことと、中間リード4の電極群接合部4aと端子リード5の第2のリード接合部5bとの間の距離lを表2に示すように変更したこととを除き、実施例1と同様に電池10を組み立てた。その後、組み立てた電池10に対して、実施例1と同様の方法により初充電を施した。
中間リード4の代わりに2つの平坦なアルミニウム板を用いたことを除き、実施例1と同様に電池を組み立てた。
中間リード4を用いずに、2つの端子リード5を、それぞれ、正極バックアップリード6及び正極集電タブ31に、並びに負極バックアップリード7及び負極集電タブ32に超音波接合したことを除いて、実施例1と同様に電池を組み立てた。
以上のようにして初充電を施した実施例1〜9及び比較例1の電池に対して、以下の評価を行った。
初充電した電池を1.0Aで1.5Vまで放電し、放電容量を測定した。
電池体積を測定すると、全ての電池が50ccであった。この体積から、体積エネルギー密度を算出した。
実施例1〜9及び比較例1の電池を、安全弁試験用電池として、別途100個作製した。但し、これらの電池には電解液の注液を行わなかった。
容量測定した電池を再度充電して、SOC(充電状態)50%に調整した。この電池に対し、1kHzで内部抵抗(AC−IMP)を測定した。
実施例1〜9の電池10では、中間リード4の電極群接合部4aと第1のリード接合部4bとが2つの脚部4cにより離されていた。そのため、これらの電池10では、電極群接合部4aが超音波接合に供された際に中間リード4に応力が生じても、この応力は電極群接合部4a及び2つの脚部4cが変形したことにより低減されたので、第1のリード接合部4bが変形するのを抑えることができた。その結果、実施例1〜9の電池10では、中間リード4の第1のリード接合部4bと端子リード5の第2のリード接合部5bとの間のレーザー溶接を強固に行うことができた。実施例1〜9の電池10は、中間リード4と端子リード5との接合をこのように強固に行うことができたので、低い抵抗値を示すことができた。
以下に、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載していた発明を付記する。
[1]開口部を有する容器と、前記容器の前記開口部に配置された蓋体と、前記蓋体に設けられた安全弁と、前記容器内に収納され、前記蓋体に対向する端面を有し、前記端面から延出した複数枚の集電タブを備えた電極群と、第1のリード接合部、前記複数の集電タブが電気的に接続された電極群接合部、及び前記第1のリード接合部と前記電極群接合部とをこれらが互いに異なる平面に位置するように連結した脚部を含む中間リードと、前記蓋体に接続された蓋体接合部、及び前記蓋体接合部から前記第1のリード接合部に対向するように延出され且つ前記第1のリード接合部に電気的に接続された第2のリード接合部を含む端子リードとを具備することを特徴とする電池。
[2]前記中間リードの前記電極群接合部と前記電極群の前記複数枚の集電タブとは、超音波接合によって接続されており、前記中間リードの第1のリード接合部と前記端子リードの前記第2のリード接合部とは、レーザー溶接又は抵抗溶接によって接続されていることを特徴とする[1]に記載の電池。
[3]前記中間リードの前記電極群接合部は、その幅Wの5%〜95%の範囲内にある長さが超音波接合されており、下記関係式を満たすことを特徴とする[2]に記載の電池:
0.005≦l/W≦5
ここで、長さlは、前記中間リードの前記電極群接合部と前記端子リードの前記第2のリード接合部との間の距離である。
[4]前記長さlは0.1mm〜50mmの範囲内にあることを特徴とする[3]に記載の電池。
[5]前記端子リードはアルミニウム材又はアルミニウム合金材を含み、前記中間リードはアルミニウム材又はアルミニウム合金材を含み、前記複数枚の集電タブはアルミニウム材又はアルミニウム合金材を含むことを特徴とする[2]に記載の電池。
Claims (4)
- 開口部を有する容器と、
前記容器の前記開口部に配置された蓋体と、
前記蓋体に設けられた安全弁と、
前記容器内に収納され、前記蓋体に対向する端面を有し、前記端面から延出した複数枚の集電タブを備えた電極群と、
第1のリード接合部、前記複数枚の集電タブが電気的に接続された電極群接合部、及び前記第1のリード接合部と前記電極群接合部とをこれらが互いに異なる平面に位置するように連結した脚部を含む中間リードと、
前記蓋体に接続された蓋体接合部、及び前記蓋体接合部から前記第1のリード接合部に対向するように延出され且つ前記第1のリード接合部に電気的に接続された第2のリード接合部を含む端子リードと
を具備することを特徴とする電池の製造方法であって、
前記中間リードの前記電極群接合部を、前記電極群の前記複数枚の集電タブに、超音波接合によって電気的に接続することと、
前記蓋体を、前記端子リードの前記蓋体接合部に接続することと、
前記電極群の前記複数枚の集電タブに前記電極群接合部が電気的に接続された前記中間リードの前記第1のリード接合部と、前記蓋体に前記蓋体接合部が接続された前記端子リードの前記第2のリード接合部とを、レーザー溶接又は抵抗溶接により電気的に接続することと
を含むことを特徴とする電池の製造方法。 - 前記中間リードの前記電極群接合部と前記電極群の前記複数枚の集電タブとの超音波接合において、前記中間リードの前記電極群接合部の幅Wの5%〜95%の範囲内にある長さを超音波接合することと、
前記幅Wと長さlが下記関係式を満たすことと
を特徴とする請求項1に記載の電池の製造方法:
0.005≦l/W≦5
ここで、長さlは、前記中間リードの前記電極群接合部と前記端子リードの前記第2のリード接合部との間の距離である。 - 前記長さlは0.1mm〜50mmの範囲内にあることを特徴とする請求項2に記載の電池の製造方法。
- 前記端子リードはアルミニウム材又はアルミニウム合金材を含み、
前記中間リードはアルミニウム材又はアルミニウム合金材を含み、
前記複数枚の集電タブはアルミニウム材又はアルミニウム合金材を含むことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の電池の製造方法。
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